当前民用高层建筑供配电系统电气设计的研究

李彦琪

摘要：随着社会经济的发展与建筑水平的提升，高层民用建筑逐渐成为了民用建筑的主要类型，而且其高度还在不断提升，有效缓解了因城市人口增长而引发的土地矛盾。但是，民用建筑层数以及高度的增加，不仅增加了项目施工的难度，也为电气设计提出了更多更高的要求。所以，在民用高层建筑电气设计过程中，不仅要掌握电气设计的要点，更要深入研究民用高层建筑的特点以及实际需要，从而确保民用高层建筑电气设计的安全性与可靠性。

关键词：民用高层建筑;供配电系统;电气设计

在我国近年来经济快速发展中，城市化进程加快，民用高层建筑大力发展，其数量和规模在不断扩大。在民用高层建筑建设中，要满足居民使用性能要求和安全，需要保证其供配电系统的安全性、经济性和可靠性。本文主要对当前民用高层建筑供配电系统电气设计进行分析研究，掌握其设计原则和基本思路。所以，如何制定合理的民用高层建筑电气设计方案，并充分发挥民用高层建筑电气系统的价值，是企业与设计人员都应重视并研究的课题之一。文章分析了民用高层建筑电气设计的特点以及原则，并提出了一些民用高层建筑电气设计的要点。

1高层建筑供配电系统电气设计以及供配电系统概述

1.1高层建筑供配电系统电气设计现状

供配电系统是电力系统中重要的组成部分，主要是由用户以及区域变电站两个部分组成，承担了对电能的配电和用电的功能。在运行特征以及使用要求方面，都是电力系统的基本相同。高层建筑物中的供配电，主要为用户和电气设备的安全供电，必须要保证供配电系统的安全。在该电气系统中，电能从电源端输送给用户和电气设备，采用分配和降压的技术，把高压电能转变成用户和电气设备直接应用的电压等级。高层建筑物的供配電压等及普遍在110千伏以下，在进行供配电系统设计时，可以从实际的用电负荷、负载的性质以及周边区域供电情况进行设计。与此同时，还需要保证供配电系统设计的容易满足将业增容的要求。

1.2高层建筑供配电系统概述

民用高层建筑供配电系统主要承担电力系统电能配用环节控制，根据实际效用差异主要可分为区域变电站、用户变电站两部分。其主要服务对象是建筑使用者和内部电气设备，需要与整体系统对应，保障机电工程的安全性和可靠性。相关供配电系统会采用功率单方向流动模式，进行电能分配和降压处理，将外部电能转换为可供用户直接使用的电能。

2民用高层建筑供配电系统电气设计基本原则

2.1可靠性原则

在民用高层建筑中，使用的人员较多，呈现人员分布密集的特点，因此涉及范围也比较广。在供配电系统设计中要坚持安全性、可靠性，具体规划设计中对建筑实际用电负荷等级进行科学分析，确保其在任何运行方式下供配电系统可以持续进行稳定的电力保障，为建筑提供安全可靠的电力供应。

2.2简洁性原则

在高层建筑中使用的电气设备较多，日常运行和维护中工作量较大。因此在设计中要尽量简单，减少其中的一些电气设备。在电气系统和线路设计中，要使其方便使用和操作，在运行中出现故障时也可及时进行处理。

2.3保障安全性原则

民用高层建筑对电气设备和功能的要求比较高，日常工作中需要进行检修维护等，因此在设计中要保证安全性，使操作人员可以安全进行日常工作和检修维护。

3民用高层建筑供配电系统电气设计的要点分析

3.1使用合适的电力变压器

在民用高层建筑中设置供配电系统的一个重要原因就是问了保障建筑供电的安全性和稳定性，降低供配电过程中发生风险的概率，电力变压器是整个供配电系统中的重要组成部分，也是电气设计的重点，要求相关建设单位能够根据不同建筑的类型为其选择参数功能合适的电力变压器，包括变压器的功率和型号都要进行慎重考虑，不仅要考虑电力变压器的现在的使用状况，且还需考虑电力变压器的回收利用，将变压器的耗电量和使用电价费考虑在内，选择性价比最高的变压器。此外在选择电力变压器是还要考虑到其节能和环保的特性，会不会影响到建筑的节能环保状况，对环境造成不必要的污染，尽量为变压器设置最合理的供电负荷，达到降低成本投入和减少电能消耗的目的。

3.2设计高效的照明系统

民用高层建筑的电能损耗有很大一部分都来自于建筑的照明系统损耗，照明系统是整个建筑电气设计中极为重要的环节，照明系统设计的好坏与人们的日常生活质量有关，如果不能对照明系统进行科学合理的设计，可能会给居民的正常生活造成困扰，因此相关建筑电气设计单位应该重视建筑内的照明系统设计。目前在民用高层建筑的照明系统设计过程中，摆在突出位置的就是照明的节能设计，目的是降低照明系统的整体能耗，利用智能化的控制体系进行照明系统的优化，保证建筑的供配电电气系统与照明系统能够有效的相结合，发挥出最大的效用。

3.3合理设计电机拖动系统

现阶段我国建筑的建设更加注重节能减排的效果，在目前我国的高层建筑中，电能消耗占据绝对主体地位的就是电机拖动系统，大约占据了建筑总能耗的90%，但是相关单位对电机拖动系统的设计和管控不够到位，这会造成系统对电能的转化效率比较低，会出现诸多难以解决的问题，在这种情况下，相关单位部门应该重视对电机拖动系统的设计，减少对功率较低的电机的资金投入，加大对功率较高的电机的资金投入，以此来保障建筑整体供配电电气系统的节能效率，提高电气系统的工作性能。

4民用高层建筑供配电系统电气设计基本思路

4.1根据供电需要计算电力负荷

在建筑实际使用中，电力负荷事故发生会产生一定的损失，对社会也会产生不良影响，其电力负荷一般会分为三个等级。根据相关电气设计规范等要求，要根据该建筑的性质、规模和供电实际情况等确定电力负荷等级，以及电力等级、电源回路数和自备电源设置等。根据相关要求，一级负荷供电可通过两个独立电源实现，其中一个电源持续进行供电。电力负荷特别重要的情况下，要充分考虑可能出现的问题，在以下电源系由于故障原因无法供电，而另一电源处于检修当中或在故障的特殊状况下，要另外设置应急电源避免发生意外事故。其设置需综合考虑到电网条件、负荷允许中断供电时间等，采用独立的发电机组来持续供电。二级符合供电系统如果出现变压器或者线路故障，不可将供电终端中断的情况下也要及时恢复。

4.2高低电压配电系统设计

①低压配电系统的设计根据JGJ242-2011《住宅建筑电气设计规范》中6.4.4条规定，超高层住宅消防干线电缆应采用矿物绝缘电缆。普通一类高层住宅根据《建规》中10.1.10.3条规定，如消防电缆与普通电缆分开电井敷设，可不采用矿物绝缘电缆，但工程实际中普通一类高层住宅也很难分开普通与消防负荷强电井，也不能把消防电缆敷设于弱电井中，故一般一类高层住宅消防电缆也会采用矿物绝缘电缆。超高层住宅与普通一类高层住宅普通干线电缆选用无太大差距，根据规范规定一般选用低烟无卤阻燃电缆。高层建筑物另一个关键的组成部分就是低压配电系统，在进行电气设计时，应该考虑好各方面的电气保护措施，才可以让低压配电系统发挥出更好的作用，避免也不必要的安全事故。需要做好高层建筑物的接地保护设计，接地保护措施的完善，可以防止低压配电系统产生一些突发的情况。由于低压配电系统很容易受到外界的干扰，从而对正常的供电产生影响。低压配电系统的接地主要有IT接地系统、TT接地系统以及TN接地系统等，如果低压配电系统存在漏电问题，会对人员和设备造成很大的伤害，应该在配电保护柜中安装漏电断器器，避免出现漏电问题，可以有效的提高建筑物用电安全。

②高压供配电系统的设计

对于民用高层建筑的供配电系统来说，一般包括高压供配电系统和低压供配电系统。而设计高层建筑的供配电系统，不仅要考虑技术因素和规范要求等因素，而且要充分研究日常使用以及管理维护等方面的需要。民用高层建筑应当充分考虑从电网获取电力供应。在通常情况下，住宅区的高压配电，一般按照总建筑面积等确定配电所，以提供有效的电力保障和电力供应。而对于单体建筑面积较大用电负荷相对分散的大型民用建筑或者高层建筑来说，可以考虑采取多台变压器分散配置的方式来解决。在那些民用高层建筑中，除了底层以及地下层之外，也可以在电力负荷比较集中的中间楼层以及建筑物顶层设置变压器。而对于那些用电负荷特别大，对供电可靠性要求较高的民用高层建筑，也可以采用双电源同时工作的方式进行设计安排。同时高层建筑由于供配电系统较为复杂，供电线路在整个系统中起着非常重要的作用。

4.3入户的电源进线设计

随着科学技术的不断发展和人们生活水平的不断提高，家用电器的数量也在不断增加，这也在一定程度上增加了家电的用电量，也就在一定程度上导致民用电力的持续上升，各种大功率的电器设备进入住宅，因此在进行电源线设计时，要对住宅的实际用电情况进行全面的考虑，不同的电气供配电的设计方式也是不同的。大多数情况下，一般家庭供电负荷按4～8kW计算，入户电源仍可选用单相三线制供电，电能表选10（40）A规格。《住宅设计规范》要求：电气线路应采用符合安全和防水要求的敷设方式配线，导线应采用铜线，每套住宅进户线截面不应小于10mm2，分支回路截面不应小于2.5mm2。同时在民用建筑供配电线路的整体设计过程中，具体的设计工作需要围绕着建筑本身来开展，在供配电系统设计的过程中，要能够综合民用建筑的整体结构、设备分布等多种综合因素来进行考虑，要对每一项的特点都进行详细的数据记录。在对民用建筑的配电箱进行安装时，要能够设计一个可以自动切换的系统，要能够在最大程度上保证配电线路布设的合理性。

4.4供配电系统配电箱的设置

根据电气设计的相关要求，供配电系统的配电箱中应该安装各种开关保护装置、测量仪表和多种辅助设施，在完全封闭或半封闭状态的柜体或保护屏实现电气元件进行集合。一般情况下，可以采用自动开关装置或者采用手动的方式对电路进行分断控制，如果供配电线路存在故障，可以对故障区段进行隔离，发出相应的报警信号。

4.5设备低压断路器的选取

一般情况下，在民用建筑当中为了使好的对照明回路和设备供电回路进行可靠的供电，需要采用低压断路器装置来对主配电保护元件进行保护和控制。与以前采用的保险丝和闸刀断路器进行对比来看，低压断路器有着更为全面的保护功能，在当前的低压配电系统中应用的最为广泛。空气开关保护装置可以实现失压保护，如果供配电网的电压减少到额定电压的50-60%，为了避免电压低而引起的用电设备损坏，会自动对不重要的用户或设置进行切除。

图一设备低压断路器

4.6火灾自动报警系统

超高层除按低于100m以下一类高层进行火灾自动报警设计外，部分做法与普通高层建筑会有些许不同。

①报警控制器设置

GB50116-2016《火灾自动报警系统设计规范》中3.1.7条规定：“建筑高度超过100m的建筑中，除消防控制室内设置的控制器外，每台控制器直接控制的火灾探测器、手动报警按钮和模块等设备不应跨越避难层”。在消防控制室设置集中报警控制器，未在避难层设置区域报警控制器，报警总线使用耐火线缆。

②探测器设置

《建规》中8.4.2条规定：“建筑高度大于100m的住宅建筑，应设置火灾自动报警系统”，超高层住户内除卫生间不设置探测器外，厨房设置感温探测器，卧室、书房、客厅、餐厅等区域设置点型感烟探测器。

③避难层电话及广播要求

避难层每隔20m设置一个消防专用电话或电话插口。各避难层内应设独立的火灾应急广播系统，宜能接收消防控制中心的有线和无线两种广播信号。

结语

高层建筑物中的供配电系统设计质量直接着到广大用户的安全用电，需要结合建筑物的实际情况对设计方案进行系统全面的考虑，严格按着相关标准中规定的内容进行设计，保证供配电系统可以达到要求。在社会经济快速发展中，民用高层建筑的供配电系统建设要求更高，要保证其安全性和可靠性，需要结合电力供应、建筑物规模和实际需求等因素进行电气设计，并保障其运行和检修的安全性，使其满足实际使用需求。

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